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原文传递割草车结构轻量化与节能设计

论文题名：	割草车结构轻量化与节能设计
关键词：	割草车;车架结构;轻量化;节能设计
摘要：	随着科技的进步与社会的发展，资源的开发与能源的消耗也日益增加。对于车辆来说，整车的能耗与整车的总重量以及各部件的能耗有着密切的关系。割草车在农业、园林等方面有广泛的应用，因而对割草车进行轻量化与节能设计十分有意义。本文针对某乘骑式割草车整车质量过重及割台能耗大的问题，对整车机械结构存在的不合理部分进行轻量化改进设计及割台内部风道和刀片形状的优化设计，以达到使整车机械结构部分重量降低以及降低割台能耗的目的。　　本文首先建立割草车车架及割台的三维和有限元模型，为下文的结构分析与流场分析以及优化改进奠定基础。进行了弯曲和扭转工况下的强度和刚度分析。分析结果显示，在这两种工况下，车架强度和刚度均满足要求，且有较大余量，有进行优化的空间。在此基础上研究了结构轻量化设计的相关理论，给出了割草车车架结构轻量化的总体研究方案。采用ANSYS Workbench对车架进行了拓扑优化和尺寸优化相结合的两级优化。并在每次优化后均对修改后的模型进行强度刚度校核，结果显示两次优化后强度刚度均满足要求。经过拓扑优化，整体车架从67.075kg减重至59.69kg，减轻了11％的车架质量，初步取得不错的减重效果。经过尺寸优化后，整体车架从59.69kg减重至44.053kg，又减轻了15.637kg，通过两级优化共减轻了23.022kg，最终减轻了34.3%，轻量化设计效果显著。进行了改进后的实车实验，实际车架减重约31.25%，整车减重约5%，满足使用要求，达到了轻量化的目的。　　利用FLUENT软件，分析割草过程中割台内的流场情况，刀片刀盘所受的压力情况，刀片的速度情况以及刀片所受扭矩情况，为刀盘和刀片的改进优化提供依据。根据分析结果提出了三种不同的改进方案。方案一为刀盘的改进，方案二和三均为刀片的改进，以刀片所受的扭矩大小作为是否节能的评价指标。结果显示，方案一刀片扭矩增加，没达到节能目的；方案二和方案三刀片扭矩均有所减小，方案二降低了约29%，方案三降低了约18%，均达到了节能目的，但是方案二刀片三扭矩、压力、速度均波动很大，而方案三相对比较平稳。所以综合分析得出，方案三是相对最优的优化方案。并将改进方案运用到实车上，根据实验得到整体电流减小了3安培，减小功率216瓦，节能约8.5%，达到了节能目的。
作者：	陈远帆
专业：	车辆工程
导师：	李舜酩
授予学位：	硕士
授予学位单位：	南京航空航天大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文